Лабораторна робота № 1. Основні класи неорганічних сполук

Мета роботи — ознайомлення з класифікацією та номенклатурою неорганічних сполук.

Загальні вказівки Неорганічні сполуки поділяють на декілька класів за подібністю хімічної будови та властивостей, як це показано на рис. 1.

Рис. 1. Основні класи неорганічних сполук

Оксидами називають бінарні сполуки елементів з киснем ().

За хімічними властивостями оксиди поділяють на солетворні й несолетворні. Солетворні? це такі оксиди, які в разі перебігу хімічних реакцій здатні утворювати солі. Несолетворні? це такі оксиди, які не здатні утворювати солі. Наприклад, тощо (таких оксидів відомо мало).

Солетворні оксиди, в свою чергу, поділяються на основні, кислотні та амфотерні.

Основними оксидами називаються оксиди, гідроксиди яких є основами. До основних оксидів, як правило, належать оксиди типових металів (тощо), а також d-металів у нижчих ступенях окиснення (тощо).

При взаємодії з кислотами або кислотними оксидами вони утворюють солі:

Кислотними оксидами називаються оксиди, гідроксиди яких є кислотами. Тому кислотні оксиди ще називаються ангідридами кислот. До них належать оксиди неметалів, а також металів у вищих ступенях окиснення: .

При взаємодії з основами або з основними оксидами вони утворюють солі:

Амфотерні оксиди залежно від умов виявляють властивості кислотних і основних оксидів, тобто утворюють солі при взаємодії як з кислотами, так і з основами:

До амфотерних належать оксиди деяких металів головних підгруп (), а також оксиди багатьох d-металів побічних підгруп періодичної системи елементів у проміжних ступенях окиснення: .

Назви оксидів елементів, які мають постійний ступінь окиснення, згідно з номенклатурними правилами ІЮПАК, складаються з двох слів: оксид + назва елемента в родовому відмінку (- оксид магнію).

Якщо елемент утворює декілька оксидів, після назви елемента вказують його ступінь окиснення (римською цифрою в дужках): — оксид феруму (П).

Називати оксиди можна також додаванням до слова оксид грецьких числівників: — діоксид вуглецю.

Основами називають сполуки, до складу яких входять атом металу і гідроксильні групи —. Число гідроксильних груп у молекулі основи відповідає валентності металу і визначає кислотність основи.

З точки зору теорії електролітичної дисоціації основи — це електроліти, що дисоціюють у розчині з утворенням гідроксид-іонів :

Характерною властивістю основ є їхня здатність взаємодіяти з кислотами й кислотними оксидами з утворенням солей:

За номенклатурними правилами ІЮПАК речовини, які містять — групи називаються гідроксидами. Назва основи складається із слів гідроксид + назва металу в родовому відмінку. Якщо метал утворює декілька гідроксидів, ступінь його окиснення вказують римською цифрою в дужках або до слова гідроксид додають префікс від числа гідроксильних груп у основі (див. табл. 1).

Таблиця 1. Деякі основи та їхні залишки.

Кислотами (кислотними гідроксидами) називають сполуки, що містять у молекулах атоми водню, здатні заміщуватися на атоми металів з утворенням солей.

З точки зору теорії електролітичної дисоціації кислоти — це сполуки, які під час дисоціації здатні відщеплювати катіони лише одного типу — .

Негативні іони, які утворюються в результаті відриву від молекули кислоти одного або кількох іонів водню, називаються кислотними залишками. Значення негативного заряду іона кислотного залишку визначається числом іонів водню, що відірвалися. Наявність атомів водню в кислотних залишках позначається словом «гідро» або «гідроген» з відповідним префіксом.

За числом атомів водню в молекулі кислоти, здатних заміщуватися на метал з утворенням солей, розрізняють кислоти одноосновні (наприклад, азотна кислота), двохосновні (сірчиста кислота, вугільна), трьохосновні (ортофосфорна).

За наявністю кисню у складі молекул кислоти поділяються на кисневмісні (наприклад, ,) і безкисневі (наприклад,).

Назви деяких кислот та їхніх кислотних залишків наведені в таблиці 2.

Таблиця 2. Деякі кислоти та їхні залишки.

Характерними властивостями кислот є їхня здатність взаємодіяти з основами і основними оксидами з утворенням солей:

Амфотерні гідроксиди Ї це гідроксиди, які виявляють основні та кислотні властивості залежно від умов — тобто від природи другого компонента, який бере участь у кислотно-основній взаємодії.

До амфотерних гідроксидів належать гідроксиди деяких металів головних підгруп (), а також багатьох металів побічних підгруп періодичної системи елементів у проміжних ступенях окиснення: .

При взаємодії з кислотами амфотерні гідроксиди виявляють властивості основ, а при взаємодії з основами — властивості кислот:

Назви амфотерних гідроксидів утворюються подібно до назв основ: — гідроксид цинку.

Солі можна розглядати як продукти повного або часткового заміщення атомів водню (гідрогену) у кислотах на атоми металів, або як продукти повного чи часткового заміщення гідроксильних груп в основах на кислотні залишки.

Розрізняють такі типи солей: нормальні або середні, кислі та основні.

Нормальні солі - це продукти повного заміщення атомів водню на атоми металу в молекулах кислот:

Кислі солі - це продукти неповного заміщення атомів водню на атоми металу в молекулах кислот:

Основні солі - це продукти неповного заміщення гідроксильних груп у молекулі багатокислотної основи або амфотерного гідроксиду на кислотні залишки:

Можна вважати, що солі утворені із залишків основ і залишків кислот.

За міжнародними номенклатурними правилами назва солі складається з назви металу та латинської назви кислотного залишку. Наприклад, — сульфат натрію або натрій сульфат.

У назві кислих солей до латинської назви аніона додають числівник, що відповідає числу атомів водню в молекулі кислоти і слово «гідроген" — або «гідро"-, або «дигідро». Наприклад, — гідрофосфат натрію, — дигідрофосфат натрію.

Аналогічно до назви катіона основної солі додають слово «гідроксо"-, наприклад: — нітрат гідроксоалюмінію, — нітрат дигідроксоалюмінію.

Порядок виконання роботи Дослід 1. Змінення забарвлення індикаторів у розчинах кислот і лугів.

Налити в три пробірки дистильовану воду і по краплях добавити розчин лакмусу до появи помітного забарвлення. В першу пробірку добавити кілька крапель кислоти, в другу — лугу, третя пробірка — контрольна. Спостерігати змінення забарвлення індикатора лакмусу.

Такий самий дослід провести з індикаторами метилоранжем, фенолфталеїном.

Заповнити таблицю:

Дослід 2. Одержання і властивості кислот.

• 1. Взаємодія кислоти з сіллю. У пробірку насипати невелику кількість сухого ацетату натрію і змочити розбавленим розчином сірчаної кислоти. За запахом визначити, яка речовина утворилась. В отвір пробірки, не торкаючись до стінок, внести лакмусовий папірець. Що при цьому спостерігається?
• 2. Взаємодія кислот з металами. У три пробірки налити розчини сірчаної, соляної та оцтової кислот. У кожну пробірку опустити по кілька гранул цинку. Спостерігати виділення газу.

Дослід 3. Одержання і властивості основ.

• 1. Взаємодія гідроксидів з солями. У три пробірки налити невеликі кількості розчинів сульфату міді (П), хлориду заліза (Ш) і сульфату заліза (П). До розчинів добавити такі самі об'єми 10%-го розчину гідроксиду натрію. Відмітити забарвлення осадів, що при цьому утворились.
• 2. Реакція гідроксиду міді (П). Гідроксид міді (П) з попереднього досліду вмістити у дві пробірки. В одну з них долити розчин сірчаної кислоти і перемішати, а іншу пробірку нагрівати до появи чорного осаду.

Оформлення результатів роботи Дослід 1. Написати рівняння електролітичної дисоціації кислоти і лугу. Які іони зумовлюють зміну забарвлення індикатора?

Досліди 2,3. Написати рівняння реакцій.

Питання для самоперевірки

Визначити характер оксидів:

Які з них будуть взаємодіяти між собою? Написати рівняння відповідних реакцій.

Скласти формули вищих оксидів сірки, алюмінію, марганцю, азоту, кремнію. Назвати ці оксиди.

Як одержати, виходячи з соляної кислоти: а) хлорид натрію, б) хлорид магнію, в) хлорид гідроксокальцію, г) хлорид дигідроксоалюмінію? Написати рівняння реакцій.

З якими з перелічених речовин взаємодіє: оксид кальцію, оксид сірки (IV), сірчана кислота, оксид алюмінію? Написати рівняння відповідних реакцій.

Написати рівняння реакцій таких перетворень:

.